معرفی فلر و انواع آن

معرفی فلر و انواع آن

 

فلرها دودكش‌هايي هستند كه درتأسيسات وچاه‌هاي نفتي، پالايشگاه‌ها، پتروشيمي‌ها، تأسيسات شيميايي و لندفيل‌ها جهت سوزاندن گازها استفاده مي‌شوند. ازآنجایي كه اثرگلخانه‌ای گازمتان بسیارقوی‌ترازاثر دی‌اکسیدکربن است، طبق عهدنامه كيوتو، بعضي از شركت‌هاي جمع‌آوري زباله دركشورهاي جهان سوم درمقابل استفاده ازفلر جهت سوزاندن گاز متان حاصل ازتجزيه زباله‌هاي خودوتبديل آن به Co۲ امتيازدريافت مي‌كنند. گازهاي حاصل ازاحتراق در فلر يكي ازمهم‌ترين عوامل‌ آلودگي هوا محسوب میشود.
افزون بربحث زيست‌محيطي، سوزاندن گازهاي ارسالي به فلرازنظر اقتصادي نيزخسارات بسيارزيادي به اقتصادجوامع جهاني واردميکند.
براساس تخمين بانك جهاني سالانه ۱۱۰ ميليارد متر مكعب از گازهاي طبيعي درفلرها سوزانده شده يامستقيماًبه محيط تخليه ميشود. اين ميزان گازتلف شده مي‌تواندنيازسالانه سوخت آمريكاي مركزي وجنوبي يا آلمان ويا ايتاليا را مرتفع سازد. به علاوه حجم گازهاي فلردرآفريقا به تنهايي ۳۷ ميليارد مترمكعب است كه مي‌تواند ۲۰۰ تراوات ساعت الكتريسيته توليد کند.
بر اساس آمار و ارقام بانك جهاني، سهم كشورهاي در حال توسعه از كل گازهاي فلرشده در دنيا بيش از ۸۵ درصد مي‌باشد. چرا که اين كشورها عمده‌ترين توليد كنندگان نفت وگاز جهان براي صادرات ميباشند.

فلر چیست

لغت فلربراي توصیف یک شعله بی حفاظ( باز) که گازهاي مازاد رامی سوزاندبکاربرده می شود. فلرآخرین مرحله تخلیه ایمن گازهااست این پدیده معمولادرتاسیسات نفتی نظیرصنایع بالادستی نفت، پالایشگاههاوصنایع پتروشیمی وهمچنین درواحدهاي شیمیایی به منظورحفظ ایمنی کارکنان وتجهیزات موجوددرمحل اتفاق میفتد.
مفهوم فلربه سوزاندن گاز و مایعات زائدي ارجاع داردکه درچاه هاي نفت، پالایشگاه ها، پتروشیمی هاوکارخانجات موادشیمیایی تولیدمی شوند.
سوزاندن گازفلر، پیامدهاي زیست محیطی متعددي داردکه درصورتی که به درستی لحاظ نشوند، می توانددرآینده تأثیرات منفی عمده اي برانسان، گیاهان و جانوران و محیط اطراف داشته باشد. آلودگی هواازمهمترین تبعات منفی سوزاندن گازدرفلرهامی باشد.

سیستم فلربطورکلی درسه حالت مختلف از شرایط عملیاتی کارخانه ، گازهاي دریافتی رامی سوزاند :

١- شرایط عادی کارخانه (شرایط عملکردنرمال واحدھا) : دراین حالت گازھای پرج(Purge)درفلرسوزانده می شده ازبرخی فرآیندھا به ھمراه گازھایی آزادشود.
٢- شرایط آشفتگی واحد : این شرایط درھنگام راه اندازی (Start Up) وتوقف کامل (Shut Down)واحدبوجودآمده وحجم گازھای ارسالی به فلربیش ازشرایط عادی می باشد.
٣- شرایط اضطراری واحد : درمواقعي كه حوادثي نظيرنقص فني دستگاه ياقطع جريان برق اتفاق ميفتد، مقداري ازگازها بصورت نا‌خواسته به فلرارسال مي‌شود. از آنجا كه دراين حالت تنظيم نسبت سوخت و هوا نامناسب است، لذاشعله‌اي سياه و پردود ايجاد مي‌شود.

 

فلر مداوم-فلرغیرمداوم-flare

 

سه مشخصه اصلی فلرها

  • همیشه آماده به کار باشد.(Available)
  • از لحاظ کارکرد، براي چندین سال دوام داشته باشد.(Reliable)
  • در بدترین شرایط عملیاتی و جوي عملکرد آن مختل نشود.

سیستم فلربطور کلی شامل سه قسمت اصلی می باشد:

الف- فرآیند(Process)به عنوان منشاء تولید کننده گازھای فلر
ب- شبکه جمع آوری به عنوان واسط انتقال گازھا به فلر
ج- سیستم فلربه عنوان مصرف کننده نھایی گازھا

تعاریف

گاز ونت:
همه گازهاي ارسالی به فلربه جز گاز پیلوت و گاز پرج پیوسته و بخار یا هوایی که به منظورکمک به احتراق استفاده می شود، به عنوان گاز ونت در نظر گرفته میشود.

فلرینگ:
هر زمانی که فلر داراي شعله اي به جز شعله پیلوت باشد.

سوخت کمکی:
به گازي اطلاق می شود که با گازهاي زائد در مسیر رسیدن به نوك فلرمخلوط می شود تا احتراق کامل کل جریان گاز را بهبود داده و ارزش حرارتی گازهاي زائد را به حد مجاز برساند.

گاز پیلوت:
به گازي اطلاق می شود که به نوك فلرارسال می شود تا شمعک فلرشعله ور باقی بماند.

 

سیستم معمولی فلر

 

انواع فلر :

فلرهامعمولاً به دو روش کلی دسته بندي میشوند:

۱- طبقه بندي فلرها براساس ارتفاع نوك فلر از سطح زمین

  • فلر مرتفع
  • فلر زمینی یا محفظه اي

۲- طبقه بندي فلرها بر اساس عامل اختلاط

  • فلر با عامل اختلاط کننده بخار
  • فلر با عامل اختلاط کننده هوا
  • فلر با عامل اختلاط کننده فشار
  • فلر بدون عامل اختلاط

* انتخاب یکی از این دو نوع تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند موجود بودن فضاي کافی، خصوصیت گاز مورد نظر(ترکیب، مقدار و فشار)، توجیه اقتصادي،هزین ههاي سرمایه گذاري و جاري، قوانین و تعاملات اجتماعی

فلرهاي مرتفع

  • معمول ترین نوع در پالایشگاه هاي نفت و واحدهاي پتروشیمی است.
  • ظرفیت آنها بیشتراز فلر هاي زمینی می باشد.
  • ارتفاع این نوع فلر هااز ۳۲ تا ۳۲۰ فوت متغییر است.
  • جهت بهبودفراینداحتراق ممکن هوا یابخار درمحل شعله تزریق شود. تزریق بخاریا هوا همچنین باعث کاهش درخشش شعله نیز می شود.
  • عیب اصلی تزریق هوا یا بخار ایجاد صدا و در نتیجه آلودگی صوتی است.
  • درصورتی که ارتفاع فلر به اندازه کافی بلندباشدبهترین گزینه ازلحاظ رقیق سازي ترکیبات بدبو، سمی ومحصولات احتراق خواهدبود.
  • هزینه سرمایه گذاري این فلر ها بالا است.
  • با توجه به تشعشع حرارتی که دارند فضاي نسبتاً زیادي را اشغال می کنند.

فلرهاي زمینی

در فلر زمینی فرایند احتراق در سطح زمین انجام می شود. از لحاظ پیچیدگی، این فلر ها بسیارمتفاوت هستند. ممکن است یک فلر معمولی بدون هیچ محفظه اي در سطح زمین و یا این فلر در داخل یک محفظه کنترل شده قرار داشته باشد.

فلرهای زمینی

 

(ادامه) در مقایسه با فلر هاي مرتفع:

  • این فلر ها بدون دود، صدا و تشعشع عمل می کنند مشروط بر آن که جریان گاز ورودي به آنها از حد طراحی تجاوز نکند.
  • رقیق سازي و پراکنش آلاینده ها، به خوبی انجام نشده و می تواند خطرات ایمنی و بهداشتی قابل توجی ایجاد نماید.
  • هزینه هاي سرمایه گذاري، عملیات و نگهداري بالا است.

مقایسه دو فلرزمینی وفلرمرتفع

 

اجزاي سیستم فلرهاي مرتفع

  1. سیستم جمع آوري و انتقال گازهاي آزاد شده
  2. ظرف جمع آوري جهت میعان و خارج سازي مایعات همراه گاز
  3. آب بند مایع
  4. دودکش و سیستم ساپورت
  5. آب بند گازي
  6. نوك آتشخان
  7. پایلوت آتشخان
  8. سیستم گاز رسانی به مشعل و سیستم جرقه زنی
  9. سیستم تزریق بخار یا هوا و گاز تخلیه
  10. تجهیزات کنترل و نظارتی

 

اجزای فلرهای مرتفع

 

ارتفاع فلرھا

عوامل موثر در تعیین ارتفاع فلرھا عبارتند از :

  • محدودیتھای سطح زمین
  • شدت تشعشعات حرارتی
  • نور
  • صدا
  • ارتفاع زمین در محل نصب
  • نحوه انتشار گازھای حاصل از احتراق

انواع فلرهاي مرتفع

اثرات وجود قطرات مایع و میعانات گازي همراه گاز ونت :

  • موجب خاموش شدن فلر می شود.
  • سوختن نامنظم در فلر
  • دود کردن شعله فلر
  • سبب ایجاد بارانی از قطرات آتش که موجب خطر در روي سطح زمین اطراف فلر می شود.

فلر با عامل اختلاط کننده بخار

این نوع فلر دارای آتشخان با یک نوک بوده و گازهای قابل اشتعال درآن بصورت شعله پیش رو می سوزد. درمیان سایرفلرها این نوع فلر از فراوانی بیشتری برخوردار بوده و در اکثر پالایشگاهها و صنایع شیمیایی از این نمونه نصب می شود. در این فلر برای اطمینان از تأمین هوای کافی و اختلاط خوب هوا با گازهای سوختی یک جریان بخار به ناحیه احتراق تزریق می شود. تزریق بخار موجب افزایش آشفتگی برای اختلاط بهتر و وارد کردن هوا به شعله میشود.
اختلاط خوب، موجب کاهش تولید دود می شود. بخار مانند کاتالیست عمل کرده و دمای ناحیه احتراق را به واسطه رقیق کردن و ایجاد آشفتگی پایین می آورد. همچنین تزریق بخار موجب می شود عمل اکسیداسیون زمان بیشتری طول بکشد و تجزیه مواد هیدروکربنی حداقل شود در شکل زیر نمونه ای از این نوع فلر نشان داده شده است.

فلر با عامل اختلاط کننده بخار

فلر با عامل اختلاط کننده هوا

در این نوع فلر از جریان هوا برای تأمین هوای مورد نیاز و نیز عامل اختلاط استفاده میشود. آتشخان این فلر به شکل تار عنکبوت با روزنه های کوچک است که در قسمت داخلی و بالای یک لوله فولادی قرار می گیرد. حداقل قطر لازم برای این لوله فولادی دو فوت است. هوا از انتهای لوله توسط یک دمنده تأمین میشود و میزان هوا توسط سرعت دمنده تنظیم می شود. مهمترین مزیت این فلر، عدم نیاز به بخار در مکان هایی است که بخار در دسترس نیست. از عیوب اصلی این نوع فلر این است که برای حجم زیاد گاز، مقرون به صرفه نیست. در ادامه، شکل نمونه ای از این نوع فلر نشان داده شده است.

فلر با عامل اختلاط کننده هوا

 

فلر با عامل اختلاط کننده فشار

در این فلر از فشار جریان گازهای سوختنی به عنوان عامل اختلاط کننده در نوک آتشخان استفاده می شود. در صورتی که فشار گاز سوختنی بیش از ۱۰ تا ۱۵ پوند بر اینچ مربع باشد، این نوع فلر بر فلرهای قبلی ارجحیت دارد. معمولاآتشخان این نوع فلر در نزدیکی سطح زمین قرار می گیرد و باید در ناحیه ای دور از تأسیسات نصب شود. این فلرها معمولا در جایی که فضای زیادی در دسترس باشد قرار داده می شوند. این نوع فلرها دارای چندین سرآتشخان هستند که بسته به مقدار گاز سوختنی استفاده میشوند. در ادامه، شکل نمونه ای از این نوع فلر نشان داده شده است.

فلرباعامل اختلاط کننده با فشار

فلر بدون عامل اختلاط

همچنانکه از نام این فلر مشخص است ، از عامل اختلاط کننده هوا و سوخت در آن استفاده نمی شود. استفاده از این فلر برای گازهایی است که آنتالپی کمی دارند و نسبت کربن به هیدروژن آنها کوچک باشد. این گازها به آسانی و بدن دود میسوزند و برای احتراق کامل نیاز به هوای کمی دارند. همچنین دمای حاصل از احتراق آنها پایین و واکنش های کراکینگ در آنها حداقل است.

انواع فلر از نظر گازهای سوختنی

فلر گازهای معمولی

دراین نوع فلرهاکه برای سوزاندن گازهای معمولی استفاده قرارمی شوند، یک محفظه برای گرفتن مایعات همراه گازوجود داردکه ازبرگشت شعله به داخل سیستم جلوگیری می کند. برگشت شعله میتواندناشی ازترکیب هواوگازهای قابل اشتعال اتفاق بیافتد. این ظروف دارای سیفون آب بندی بوده وپس ازتأمین سطح موردنیازآب در Seal Drum مازادآن به حوضچه ای سرریزشده وازآنجابرای تصفیه به واحدآب ترش ارسال میشود.

جهت جلوگیری ازسوختن تاج مشعل ها همواره بایستی مقداری بخارآب ثابت به هردو مسیر بخارآب تزریق شودکه این مقدارثابت ازطریق یک مسیرجانبی درکنارشیرهای کنترل که مقدارجریان آنها به وسیله اوریفیسهای محدود کننده به طور مجزا کنترل و تزریق می شود ، تأمین می شود. هر کدام از ستونهای مشعل دارای یک مجموعه شمعک برای روشن نگهداشتن مشعل است که به موازات آنها یک لوله انتقاله از دستگاه جرقه زن برای روشن کردن آنها نصب شده است.همچنین داخل نوک هر کدام از ستونهای مشعل، حلقه های مسدود کننده مکانیکی برای جلوگیری از نفوذ باد به داخل ستون نصب شده و علاوه بر آن نوک مشعل ها دارای بادگیر مناسب است تا از خاموش شدن شعله توسط باد جلوگیری شود.

فلر گازهای اسیدی

قسمت اعظم مایعات و گازهایی که در واحدهای آب ترش تصفیه آمین و بازیافت گوگرد به مشعل پالایشگاه می روند، دارای گاز I2S هستند و نباید به مشعل های عادی پالایشگاه هدایت شوند. به همین دلیل برای این گازها یک هدر مخصوص ۱۲ اینچ طراحی شده که گازها و مایعات حاوی هیدروژن سولفوره را از واحدهای فوق الذکر جمع آوری کرده و به ظرف مایع گیر Knock (12S out drum) منتقل می کند. گازهای اسیدی از بالای این ظرف به مشعل اسیدی که برای همین منظور ساخته شده است منتقل می شود.
چون این گازها معمولا مقادیر زیادی H2S دارند، احتراق آنها مشکل انجام می شود، بنابراین در روی لوله این مسیر یک فلو سوئیچ نصب شده و هنگامی که مقدار گازهای اسیدی از حد تعیین شده بیشتر باشد برای جلوگیری از بد سوختن این گاز در مشعل، رله شیر کنترل را باز کرده، مقدار مناسب سوخت گاز کمکی از شبکه Fuel Gas پالایشگاه به آن تزریق می شود. مایعات جمع شده در ظرف مایع گیر مستقیما به شبکه فاضلاب روغنیه ارسال میشود.